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举个栗子:为什么冰刀能减少摩擦?

日报 举个栗子 2年前 (2017-12-31) 272次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:为什么冰刀能减少摩擦?

冰上运动离不开冰鞋,而冰鞋的关键在于那双锋利的冰刀冰刀降低摩擦力的原理是什么?

【冰具有一种独特的物理性质:压力降低凝固点!】

放在冰上的铁丝能穿过冰块吗?时间再长也穿不过,可是当铁丝下面挂上重物后压在冰上,时间长些情况如何?

在冬天取一块厚些的冰,架空,用细铁丝绕过冰块下挂重物,过一段时间会看到细铁丝穿过冰块而不留下切口。这是因为,实验中冰与铁丝的接触面很小,加挂重物后可得到很大压强,接触处的冰因熔点降低而熔化。熔化的水跑到铁丝上面,因压强回复到 1 大气压,熔点升高到 0℃,又结成冰。结冰放出的热量又供给铁丝继续熔化下面的冰。如此下去铁丝穿过冰块下落,而冰块依然完整。

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自然界中冰河的形成也是这样。高山上积雪较厚,时间长了,随着积雪的增加,雪底部的压强增大,冰的熔点降低,因此底部的雪熔化。熔化成的水由积雪中的缝隙上升,升到压强稍小处,又冻结为冰。这样反复若干次形成庞大的冰块,冰块底部同样也是压强大熔点低,冰又熔化为水,使冰块沿山坡徐徐下滑,形成冰河。

【冰刀能够增加人对冰面的压强 加速冰融化】

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为什么要穿冰鞋呢?冰鞋上的冰刀的刃口很窄,普通冰刀的刀刃只有 2mm 宽,花样冰刀的刀刃也不过 4mm 宽,刀的前面呈弯月形,中央凹进一些。因此,冰刀与冰面的接触面积非常小。

人对地面的压力是一定的,穿上冰鞋,冰面的受力面积减小了,它受到的压强会大大地增大,一个质量为 50kg 的人穿上冰鞋,他对冰面的压强高达十几个标准大气压。这有什么好处呢?冰的熔化有一个特点:当它受到的压强增大时,熔点将会降低,一般每增加一个标准大气压,冰的熔点大约降低 0.0075℃。这样使零度以下的冰在冰刀的作用下熔化成水。

冰刀下面薄薄的一层水可以起到润滑作用,它减小了冰刀与冰面之间的摩擦,使人们能在冰面上飞跑,或者表演许多优美的运动。

【不同种类的冰上运动要使用与之匹配的冰刀】

滑冰运动分为花样滑冰,冰球和速度滑冰,因此根据不同的运动,冰鞋应该配备不同的冰刀。

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1.花刀是花样滑冰的冰刀,刀前面是有突出的齿的,滑动的原理和走步一样。花样滑冰动作难度大,对稳定性要求较高,因此鞋腰硬而且高以保护踝关节刀,刃较宽中间有沟槽,刀体弧度比较大,以便于小半径转弯做旋转和步法等。在冰刀刃前端有刀齿,以便于起跳蹬冰和落下、旋转的制动。初学滑冰的人一般多选用花样滑冰鞋。

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2.球刀打冰球用的冰刀,刀刃光滑。冰球项目对抗性很强,要求具备良好的保护措施,因此,冰球鞋的鞋头很硬,鞋腰较高,鞋帮很厚,冰球刀刀体很短,具有较大弧度以便于滑冰者在冰面上灵活地移动及改变滑行方向等。

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3.速滑刀速度滑冰比赛中使用的冰刀,比一般的刀(球刀,花刀)长。速滑滑冰的主要特点是速度快,所以速滑冰刀刀体很长,刀刃窄且相对较平,蹬冰面积大而摩擦阻力小,鞋腰矮以便于降低身体重心,减少空气阻力。

现代速滑刀又分为短道速滑刀和大道速滑刀。短道速滑刀比大道速滑刀刀体稍短,弧度稍大,刀桩(刀体与冰鞋鞋底之间的刚性连接部分)高,以适应短跑道速滑的转弯半径小,弯道多的特点。

通过本文我们可以了解到,冰在受到压力的作用下可以融化,对接触面起润滑作用,从而能使运动员完成各种高难度的动作(这是对该问题的经典解释,最近又有人提出了其他角度的解释,感兴趣的网友可自行查之)。


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